Geometría óptima de conductores para reducir el impacto de corona en el diseño y operación de líneas aéreas en 500 kv

Abstract

En la presente tesis se desarrolla un método para calcular los parámetros geométricos óptimos de una línea aérea de transmisión en 500kV AC para reducir el impacto del fenómeno corona en el diseño y operación de la línea. También se propone una expresión de cálculo para estimar el gradiente de inicio corona en función de la configuración del haz de conductores, altitud y condiciones climáticas a lo largo del trazo de ruta. La expresión empírica de cálculo del gradiente de inicio corona se obtuvo a partir de la data recopilada de proyectos de investigación experimental utilizando jaulas corona para evaluar el desempeño de corona a diferentes altitudes. Las mediciones de la intensidad de los efectos generados por corona se realizaron en locaciones con altitudes de hasta 1900 msnm y sobre diversas configuraciones de conductores. Para modelar la influencia de la configuración del haz de conductores, clima y altitud sobre el gradiente de inicio corona y estimar su valor en diversas condiciones de operación de la línea se utilizaron técnicas y herramientas de procesamiento de datos en Matlab. En el desarrollo del método de cálculo de los parámetros geométricos óptimos de la línea se utilizó la técnica algoritmos genéticos. El individuo y la función objetivo fueron representados por los parámetros geométricos de la línea y las pérdidas corona, respectivamente. La optimización se llevó a cabo en diversos escenarios definidos por la altitud, posibles condiciones climáticas y tipos de torres estándar disponibles para líneas en 500kV. La optimización de los parámetros geométricos permite lograr un diseño económico de la línea aplicando adecuadamente las consideraciones técnicas relacionadas con el fenómeno corona en los conductores. Comparado con el diseño tradicional se obtienen configuraciones de haz con menor cantidad y sección de conductores, además de torres compactas de menores dimensiones. La expresión de cálculo propuesta para el gradiente de inicio corona permite estimar su valor en escenarios de gran altitud.

In this thesis, a method to calculate the optimum geometrical parameters of a 500kV AC overhead transmission line to reduce the impact of the corona phenomenon on the design and operation of the line is developed. A calculation expression to estimate the corona onset gradient as a function of bundled conductor configuration, altitude and weather conditions along the route trace is also proposed. The empirical expression of the corona onset gradient calculation was obtained from data collected from experimental research projects using corona cages to evaluate corona performance at different altitudes. Corona effect intensity measurements were performed at locations with altitudes up to 1900 msnm and on various conductor configurations. To model the influence of the bundle conductor configuration, climate and altitude on the corona onset gradient and estimate its value in different operating conditions of the line, data processing techniques and tools in Matlab were used. In the development of the method of calculation of the optimal geometrical parameters of the line the genetic algorithm technique was used. The individual and the fitness function were represented by the geometrical parameters of the line and the corona losses, respectively. The optimization was carried out in several scenarios defined by the altitude, possible weather conditions and standard towers available for 500 kV lines. The optimization of the geometric parameters allows to achieve an economical design of the line, applying properly the technical considerations related by corona on the conductors. Compared to the traditional design, bundle configurations are obtained with smaller size and number of conductors, as well as compact smaller towers. The proposed calculation expression for the corona onset gradient allows to estimate its value in high altitude scenarios.